Эффект Доплера.
Представьте, что вы ведете полицейский автомобиль с включенной сиреной на большой скорости по улицам мегаполиса. Звук сирены для вас будет ровным и монотонным. А теперь представьте себя на месте пешехода, возле которого промчался этот автомобиль. Допустим, вы ждете зеленого сигнала светофора, когда возле вас промчалась эта машина полиции. При этом, чем больше она к вам будет приближаться, тем выше будет становиться звук сирены. По мере удаления сирена будет звучать все ниже и ниже, а потом и совсем исчезнет. А причина такого несовпадения в восприятии звука водителем и пешеходом заключается в том, что распространение звуковых волн в воздухе происходит так же, как и морских волн по поверхности воды.
Давайте попробуем разобраться – кто правильно слышит? И изменяется ли тональность звучания сирены? Не ошибается никто из этих двоих: они слышат то, что и должны слышать. Причина того, как они по-разному воспринимают звук, заключается в эффекте Доплера. То, слышится нами как звук, это волны, которые распространяются в воздухе. Молекулы воздуха колеблются из-за звука сирены. Волна является областью разрежения, которая потом становится областью сжатия. Этот процесс повторяется много раз за секунду и распространяется. Это и является звуковой волной. Чем ближе друг к другу находятся одинаковые участки волн, тем более высокий звук, а это значит, что тем больше его частота.
В нашем случае во время приближения полицейской машины волны звука для пешехода становятся ближе друг к другу по причине того, что скорости перемещения звука и машины складываются. Чем меньше расстояние между волнами звука, тем выше звуковой тон и тем выше частота. Когда машина удаляется, расстояние между волнами постепенно становится все больше, то есть частота со временем уменьшается и звук становится более низким. Люди, которые находятся в машине, и источник звука относительно друг друга неподвижны. Поэтому тональность никак не изменяется. Чтобы слышать изменения тональности, слушатель должен перемещаться относительно источника, либо наоборот.
Эффект Доплера характерен не только для звуковых волн. Возьмем для примера волны света. Если бы на полицейской машине вместо сирены установили фонарь желтого цвета, то приближаясь к наблюдателю, спектр фонаря сместился бы в сторону синего цвета, а удаляясь — в сторону красного. При обычных явлениях, окружающих нас, скорости смещения относительно небольшие, поэтому нам не заметны изменения спектра света. Однако, если бы скорость движущейся машины была бы близка к скорости света либо сопоставима с ней — мы смогли заметить бы искомые изменения.
